测试仪器及其测试方法与流程

1.本技术涉及一种测试仪器及其测试方法，特别是涉及一种能够提高检测效率和质量的测试仪器及其测试方法。背景技术：2.微机电系统(microelectromechanical systems，mems)声换能器通常在半导体制造过程中以晶片(wafer)形式制造。在半导体制造过程后，晶片在一单一化/切割过程(singular/sawing process)中被隔开成单独的微机电系统裸芯片(die)，然后在封装过程中组装成一保护封装结构。3.测试是尝试隔开有缺陷产品及无缺陷产品的过程。制造商致力于微机电系统声换能器的快速准确声学测试。然而，微机电系统声换能器通常是手动测试的，这会带来各种挑战并耗费时间、金钱和精力。手动测试会限制一次可以测试的微机电系统声换能器的数量。在测试过程中，微机电系统声换能器依附到一测试板且置于一声学腔室内部的一麦克风旁边，在露出状态下的声学腔室外侧的第一位置和在屏蔽状态下的声学腔室内部的第二位置之间是难以稳定且迅速传输。隔音问题也存在于手动测试中。微机电系统声换能器和麦克风之间距离需每次手动校正/调整，这降低了精度。4.因此，微机电系统声换能器的声学测试仍有改进的余地。技术实现要素：5.因此，本发明的主要目的即在于提供一种能够提高检测效率和质量的测试仪器及其测试方法。6.本技术的一实施例公开了一种测试仪器，包括一测试平台；一装载装置，用于装载多个待测装置到所述测试平台；一测试信号产生装置，用以产生至少一测试信号，其中所述多个待测装置接收所述至少一测试信号，并根据所述至少一测试信号产生至少一测试声音；一声音传感装置，用于接收所述至少一测试声音；一控制单元；以及一卸载装置，其中所述控制单元控制所述卸载装置从所述测试平台卸载所述多个待测装置，并控制所述卸载装置根据所述声音传感装置所接收的所述至少一测试声音将所述多个待测装置分类成多个组别。7.本技术的一实施例公开了一种测试方法，包括借由一测试仪器，装载多个待测装置到一测试平台；产生至少一测试信号；所述多个待测装置接收所述至少一测试信号，并根据所述至少一测试信号产生至少一测试声音；以及借由所述测试仪器，根据一声音传感装置所接收的所述至少一测试声音将所述多个待测装置分类成多个组别。8.本技术的一实施例公开了一种测试方法，包括产生多个测试信号，其中所述多个测试信号具有多个音调；将具有所述多个音调的所述多个测试信号传送至多个待测装置；所述多个待测装置根据所述多个测试信号产生一测试声音；以及根据所述测试声音将所述多个待测装置分类成多个组别。9.本技术使用用于大量生产的常规半导体测试过程，以确保高可靠性和获得高吞吐量。附图说明10.图1是本技术实施例一声学测试系统的示意图；11.图2是本技术实施例一待测装置的示意图；12.图3是本技术实施例一脚座、声音传感装置和图2所示待测装置的示意图；13.图4是当脚座打开/暴露时，图3所示脚座、声音传感装置和待测装置的示意图；14.图5是当脚座关闭/屏蔽时，图3所示脚座、声音传感装置和待测装置的示意图；15.图6是图3所示脚座和声音传感装置的示意图；16.图7是本技术实施例一待测装置的示意图；17.图8是本技术实施例一脚座、声音传感装置和图7所示的待测装置的分解图；18.图9是当脚座是打开/暴露时，图8所示脚座、声音传感装置和待测装置的示意图；19.图10是当脚座关闭/屏蔽时，图8所示脚座、声音传感装置和待测装置的示意图；20.图11、图12、图13是图8所示脚座和声音传感装置的示意图；21.图14是本技术实施例一脚座、声音传感装置及待测装置的示意图；22.图15是本技术实施例一声学测试系统的示意图；23.图16是本技术实施例一声学测试系统的示意图。24.其中，附图标记说明如下表1所示：25.表1附图标记26.10声学测试系统dut1待测装置110测试仪器111脚座112测试平台113装载装置114测试信号产生装置116测试器117卸载装置119控制单元具体实施方式27.本技术中公开的测试方法利用用于大规模生产的常规半导体测试过程，以确保高可靠性和获得高的吞吐量。然而，相对于常规半导体测试过程，由于本技术的目的在于对(半导体封装)扬声器进行(最终)测试，因此麦克风被设置在本技术一测试仪器中。另外，为了提高检测质量，本技术测试仪器还包括一密封部件以防止测试期间扬声器的一后/第二子腔室的空气压力变化干扰扬声器的一前/第一子腔室的空气压力变化。28.图1是本技术实施例一声学测试系统10的示意图。声学测试系统10包括待测装置dut1和一测试仪器110。测试仪器110类似于一常规装卸器(handler)。如本领域公知的，此装卸器通常用于大规模生产半导体装置制造的最终测试上。作为一装卸器，测试仪器110可包括一脚座(socket)111、一测试平台112、一装载装置113、一测试信号产生装置114、一测试器116、一卸载装置117、和一控制单元119。使用测试仪器110可自动进行大量测试。29.与不用于产生声音的半导体装置的最终测试的传统装卸器不同，用于声学测试的测试仪器110还包括声音传感装置(例如，图3中一声音传感装置315)，其是用于半导体过程制造(特别是大量生产)的发声装置的最终测试。30.控制单元119可以是一控制器或控制电路，其实现/实施方式可以是处理电路(例如，中央处理单元(cpu，central processing unit)、微控制器单元(microcontroller unit，mcu)或控制器)、逻辑或数字电路、或专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)，其不限于此。只要控制单元119可被编程为执行某些控制程序，就满足控制单元119的要求。31.装载装置113将待测装置dut1从一托盘(tray)/载体移动并将待测装置dut1装载到测试平台112上。装载装置113可以是机器人臂，以执行拾取和放置待测装置dut1的自动化动作，因此可用常规的半导体测试仪器的一装载器实施。32.测试信号产生装置114用于产生测试信号(如图16所示直流(direct current，dc)电压vdc或输入信号sn16)。装载装置113将待测装置dut1放置在测试平台112后，每个待测装置dut1可接收测试信号，然后根据测试信号产生一测试声音(例如图16中测试声音ts16)。33.安装在测试平台112的声音传感装置接收测试声音。每个声音传感装置可借由一麦克风实现。34.卸载装置117用来从测试平台112移除待测装置dut1，卸载装置117可以是机器人臂，因此可借由常规半导体测试仪器的卸载器实现。35.控制单元119控制卸载装置117从测试平台112卸载待测装置dut1并控制卸载装置117根据测试声音将待测装置dut1分类成不同组别，测试声音由待测装置dut1产生且被声音传感装置接收。例如，测试声音可被(测试器116)分析，以判断待测装置dut1对应于测试声音的性能。然后控制单元119可根据测试/分析的结果通知卸载装置117将待测装置dut1分配给哪个箱(bin)/托盘。如果测试声音满足特定要求，待测装置dut1被分类到一通过组别或第一类组别。否则，待测装置dut1被分类到一失败组别或其他类组别。36.总之，测试仪器110使用用于大量生产的常规半导体测试仪器，以确保高可靠性和获得高的吞吐量。此外，测试仪器110的声音传感装置便于待测装置dut1的声学测试。37.设置在测试仪器110的测试平台112上(具有弹簧针(pogo pin)的套件(kit)/脚座板111b)的脚座111可根据待测装置dut1的结构设计成较复杂的形式以改善测试的质量和/或提高生成的测试声音的质量。38.具体地，不同于传统的装卸器上的脚座，本技术的脚座还可包括一密封部件。密封部件用于将待测装置内形成的第一腔室与第二腔室隔离，以达到更好的测试音质。39.例如，图2是本技术实施例一待测装置dut2的示意图。图3是本技术实施例一脚座311、声音传感装置315和图2所示待测装置dut2的分解示意图。图4是当脚座311打开/暴露时，脚座311、声音传感装置315和待测装置dut2的示意图。图5是当脚座311关闭/屏蔽时，脚座311、声音传感装置315和待测装置dut2的示意图。图6是脚座311和声音传感装置315的示意图。40.图2中的(a)示出待测装置dut2的一视图。图2中的(b)示出沿如图2中的(a)所示一剖面平面csp2的剖视图。如图2所示，待测装置dut2可包括一基部210、一芯片220、一盖230和一腔室cb。待测装置dut2可具有一封装结构，其类似美国申请号16/699,078所公开，其借由引用并入本文。41.芯片220可包括一振膜222和一致动器224(其可以是类似于美国申请号16/920,384或16/699,078所公开，其借由引用并入本文)。振膜222用来产生一测试声音(例如借由产生空气脉冲)，且可将腔室cb分隔成一前/第一子腔室cb1和一后/第二子腔室cb2。前/第一子腔室cb1位于振膜222和盖230之间，后/第二子腔室cb2位于振膜222和基部210之间。42.待测装置dut2的盖230可具有一出声口s02连接到前/第一子腔室cb1，使得振膜222所产生的测试声音可借由出声口s02向外传播。出声口s02可位于芯片220的上侧并可面对振膜222(平行于上侧)。因此，待测装置dut2可分类成顶部发射发声装置。换句话说，顶部发射指如图2所示出声口形成于盖230的顶部结构/板的封装结构，并且盖230的顶部结构/板是(基本上)平行于振膜222。43.待测装置dut2的基部210可具有后开口b02连接到后/第二子腔室cb2以允许空气自由流动进/出，和/或键合焊盘(bonding pad)bp3设置在基部210最外侧。后开口b02的尺寸小于或等于出声口s02。键合焊盘bp3可借由走线/电线(trace/wire)电连接到芯片220，使得芯片220的致动器224能够从外面接收如测试信号等信号。44.图4和图5示出脚座311的操作原理，脚座311可包括一脚座盖311c和一脚座基部311b。脚座基部311b可安装/固定在测试平台112上。在如图4所示装载装置113拿起待测装置dut2并将待测装置dut2放到脚座311之后，脚座盖311c可向下施加适度的力到待测装置dut2的顶部和/或脚座基部311b的顶部，以如图5所示使脚座盖311c与待测装置dut2和/或脚座基部311b接触。待测装置dut2可因此插入脚座盖311c和脚座基部311b之间以进行快速自动化(最终)测试。45.如图3所示，脚座盖311c可包括脚座盖部件311c1～311c3，(弹性)弹簧针311pgp、和/或一印刷电路板311pcb。脚座盖部件311c1～311c3是单独的部件，其装配以固定/容纳印刷电路板311pcb和弹簧针311pgp。46.在测试过程中，如图5所示(打开/暴露的)脚座基部311b被脚座盖311c封闭/屏蔽。待测装置dut2的键合焊盘bp3可借由弹簧针311pgp(或在其他实施例中借由其他压力型连接器(connector))连接到印刷电路板311pcb，而测试信号产生装置114可连接到印刷电路板311pcb。如此一来，测试信号从测试信号产生装置114发送到待测装置dut2，而待测装置dut2可根据测试信号向下产生测试声音。47.为了从后/第二子腔室cb2排出空气到外部，脚座盖部件311c1～311c3和印刷电路板311pcb分别具有开口311c1h～311c3h和311pcbh。如图5所示，脚座311的开口311c1h～311c3h和311pcbh根据待测装置dut2的后开口b02的分布设计，以便允许空气自由进/出流动。以脚座盖部件311c3为例：开口311c3h的面积大于或等于后开口b02的分布面积，其可分布在待测装置dut2的基部210的中心区域。开口311c3h重叠所有后开口b02。48.如图3所示，脚座基部311b可包括脚座基部部件311b1～311b2、一密封部件311sg、硅酮杆(silicone bar)311sb和/或一硅酮环311sg。脚座基部部件311b1～311b2和脚座板111b是单独的部件，其装配以固定/容纳密封部件311sg、硅酮杆311sb、硅酮环311sg和声音传感装置315。例如，脚座基部部件311b1的一开口311b1h的面积/周长/轮廓类似于(相同或匹配于)待测装置dut2的面积/周长/轮廓，使得待测装置dut2可固定在或卡在开口311b1h。49.为了从待测装置dut2的出声口s02发送测试声音，脚座基部部件311b2和密封部件311sg分别具有开口311b2h、311sgh。如图5所示，脚座311的开口311b2h和311sgh是根据待测装置dut2的出声口s02的尺寸设计，以例如将测试声音输出到声音传感装置315。以密封部件311sg为例：开口311sgh的面积大于或等于出声口s02的面积，以避免密封部件311sg阻挡/覆盖出声口s02。开口311sgh重叠出声口s02。出声口s02的几何中心大致对准密封部件311sg的开口311sgh的几何中心或声音传感装置315的一接收表面315r的几何中心。50.如图5所示，脚座基部部件311b1～311b2、密封部件311sg和硅酮环311sg立起屏障，以防止噪音渗入并限制测试声音在由脚座基部部件311b1～311b2、密封部件311sg及声音传感装置315所围的封闭空间。51.更具体地，当待测装置dut2(被装载装置113送到测试平台112)根据测试信号产生测试声音时，脚座311的密封部件311sg(作为密封垫圈(gasket))用于如图5所示将待测装置dut2的前/第一子腔室cb1与测试仪器dut2的后/第二子腔室cb2隔开。因此，当待测装置dut2的振膜222振动以引起空气压力的微小变化，后/第二子腔室cb2的空气压力变化不会干扰前/第一子腔室cb1的空气压力变化。前/第一子腔室cb1的空气压力变化以波穿过脚座基部311b的开口311b1h～311b2h、311sgh，且被声音传感装置315检测/测量。52.密封部件311sg可由具一定程度柔性的材料制成，使得密封部件311sg能够变形，以紧密地填充密封部件311sg设计用于填充的空间，和/或密封脚座基部部件311b1～311b2与待测装置dut2中(略微不规则的)间隙。密封部件311sg可由硅酮制成；可替换地，密封部件311sg可由纸、橡胶、金属、软木、毡(felt)、氯丁橡胶(neoprene)、腈橡胶(nitrile rubber)、玻璃纤维、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，ptfe或特氟隆)或塑料聚合物(如聚氯三氟乙烯(polychlorotrifluoroethylene))制成。密封部件311sg的硬度可以是20牛顿/平方毫米(n/mm2，newtons per square millimeter)。53.总之，脚座311的脚座基部311b具有开口311b1h～311b2h、311sgh供来自待测装置dut2的测试声音穿过并向外传到声音传感装置315。(压缩下的)密封部件311sg可防止在测试过程中空气从后/第二子腔室cb2泄漏进入前/第一子腔室cb1，使得后/第二子腔室cb2的空气压力变化穿过脚座311的脚座盖311c的开口311c1h～311c3h和311pcbh传播，而不干扰前/第一子腔室cb1的压力变化。这些改进了测试质量和/或增强了所产生的测试声音的质量。54.脚座311的结构可随待测装置dut2的结构改变。例如，图7是本技术实施例一待测装置dut7的示意图。图8是本技术实施例一脚座811、声音传感装置315和图7所示的待测装置dut7的分解示意图。图9是当脚座811是打开/暴露时，脚座811、声音传感装置315和待测装置dut7的示意图。图10是当脚座811关闭/屏蔽时，脚座811、声音传感装置315和待测装置dut7的示意图。图11～图13是脚座811和声音传感装置315的示意图。55.图7中的(a)绘示待测装置dut7的视图。图7中的(b)示出沿如图7中的(a)所示一剖面平面csp7的剖视图。相较于图2所示的待测装置dut2的盖230的出声口s02，图7所示的待测装置dut7的一盖730的一出声口s07可位于芯片220的侧面(垂直于芯片220的振膜222)。因此，待测装置dut7可分类成侧面发射发声装置。换句话说，侧面发射指如图7所示出声口形成于盖730的侧壁的封装结构，并且盖730的侧壁是(基本上)垂直于振膜222。待测装置dut7可具有一封装结构，其类似于美国申请号17/348,773所公开，其借由引用并入本文。56.如图8所示，脚座811可包括一脚座盖811c和一脚座基部811b。相比如图3所示脚座盖311c，图8所示脚座盖811c除了(弹性)弹簧针311pgp和/或印刷电路板311pcb外，可包括脚座盖部件811c1～811c4和/或一密封元件811sg。57.为了从后/第二子腔室cb2排出空气到外部，脚座盖部件811c1～811c3、密封部件811sg和印刷电路板311pcb分别具有开口811c1h～811c3h、811sgh和311pcbh。如图10所示，脚座811的开口811c1h～811c3h、811sgh和311pcbh根据待测装置dut7的后开口b02的分布设计，以便允许空气自由进/出流动。以密封部件811sg为例：开口811sgh的面积大于或等于后开口b02的分布面积。开口811sgh重叠所有后开口b02。58.相较于图3所示的脚座基部311b，图7所示脚座基部811b除了硅酮环311sg外，可包括脚座基部部件811b1～811b2。如图12所示，图12绘示脚座基部部件811b1和待测装置dut7的底视图，脚座基部部件811b1不仅具有一开口811b1h而且具有一凹槽811b1g。脚座基部部件811b1的开口811b1h的面积/周长/轮廓类似于待测装置dut7的面积/周长/轮廓的，以固定待测装置dut7到脚座基部部件811b1。脚座基部部件811b1的凹槽811b1g的宽度w1窄于或等于脚座基部部件811b17的开口811b1h的宽度w1h，以防止待测装置dut7滑出。59.为了从待测装置dut7的出声口s07传输测试声音，脚座基部部件811b2具有一开口811b2h。如图11所示，脚座基部部件811b1的凹槽811b1g的宽度w1g或长度l1g根据待测装置dut7的出声口s07的尺寸(例如，宽度ww或长度ll)设计，以便例如输出声音传感装置315的测试声音。脚座基部部件811b1的凹槽811b1g的宽度w1g或长度l1g可大于或等于待测装置dut7的出声口s07的宽度ww或长度ll。如图10所示，脚座基部部件811b2的开口811b2h的深度d2根据脚座基部部件811b1的凹槽811b1g的深度d1g设计，以输出声音传感装置315的测试声音。开口811b2h重叠凹槽811b1g。出声口s07的几何中心大致对准脚座基部部件811b1的凹槽811b1g的几何中心或声音传感装置315接收表面315r的几何中心。60.如图10所示，当待测装置dut7已经装载到测试平台112而根据测试信号产生测试声音时，脚座811的密封部件811sg用来如图10所示将待测装置dut7的前/第一子腔室cb1与待测装置dut7的后/第二子腔室cb2隔离。因此，当待测装置dut7的振膜222振动时，后/第二子腔室cb2的空气压力变化不会干扰前/第一子腔室cb1的空气压力变化。前/第一子腔室cb1的空气压力变化以波穿过脚座基部811b的凹槽811b1g和开口811b2h，而被声音传感装置315检测/测量。61.总之，脚座811的脚座基部811b具有凹槽811b1g和开口811b2h供来自待测装置dut7的测试声音穿过和向外运行到声音传感装置315。密封部件811sg防止测试期间来自后/第二子腔室cb2和/或进入前/第一子腔室cb1的空气泄漏，后/第二子腔室cb2的空气压力变化传播穿过脚座811的脚座盖811c的开口811c1h～811c3h、811sgh及311pcbh，而不干扰前/第一子腔室cb1的空气压力变化。这些改进了测试质量和/或增强了所生成测试声音的质量。62.如图10所示，声音传感装置315的接收表面315r平行于待测装置dut7的振膜222，而出声口s07位于待测装置dut7的盖730的侧面(垂直于振膜222)。脚座811的脚座基部811b的结构根据声音传感装置315和待测装置dut7的配置/结构而设计。63.脚座基部的结构可根据声音传感装置和/或待测装置的配置/结构变化。图14是本技术实施例一脚座1411、声音传感装置315及待测装置dut7的示意图。相比于图10所示的脚座基部811b的脚座基部部件811b2，图14所示的脚座1411的一脚座基部1411b的一脚座基部部件1411b2的塑形使得声音传感装置315的接收表面315r垂直于待测装置dut7的振膜222但平行于待测装置dut7的盖730的侧面(出声口s07位在其上)。64.请注意，在图8，脚座811的脚座基部811b容纳一个声音传感装置315和一个待测装置dut7。每个声音传感装置315对应一个待测装置dut7。65.在另一方面，一个声音传感装置315可对应于多于一个待测装置。图15是本技术实施例一声学测试系统15的示意图。声学测试系统15包括待测装置dut15a～dut15d和一测试仪器1510。测试仪器1510除了脚座111、测试平台112、装载装置113、测试信号产生装置114、测试器116、卸载装置117和/或控制单元119外，还可包括一声音传感装置1515及放大器1514w。66.相较于声学测试系统10，待测装置dut15a～dut15d的测试可并行发生。测试信号产生装置114可一次分别发送测试信号sn15a～sn15d(其对应于不同的频率/音调)到待测装置dut15a～dut15d。同时分别接收测试信号sn15a～sn15d后，待测装置dut15a～dut15d中可分别产生测试声音ts15a～ts15d，测试声音ts15a～ts15d中可叠加以构成一测试声音。声音传感装置1515可一次检测测试声音ts15a～ts15d，其对应于彼此不同的频率。借由提供不同频率/音调的测试信号sn15a～sn15d到待测装置dut15a～dut15d，因为从待测装置dut15a～dut15d所产生的测试声音ts15a～ts15d分别具有不同的频率，测试器116可区分每个测试声音ts15a～ts15d。以这种方式，可单独判断每个待测装置dut15a～dut15d的音频性能。并行化测试待测装置dut15a～dut15d可减少声音传感装置的数量和测试成本/空间。67.待测装置dut15a～dut15d中各者可以是一发声装置，如一封装待测装置、一(半导体封装)扬声器、晶片上一裸芯片或在执行单一化/切割过程之前形成在晶片上的一发声裸芯片。68.本技术的测试仪器110/1510可进行声学测试以及直流测试。图16是本技术实施例一声学测试系统16的示意图。声学测试系统16可用声学测试系统10或15实现。69.图16中的(a)绘示了直流测试。直流测试期间，测试信号产生装置114可输入测试信号(如直流电压vdc)到一待测装置dut16，然后待测装置dut16的电路行为可由测试仪116进行电性测试/测量。直流测试典型地包括测试电容、(在输入针和/或三态针)漏流、开路和短路、电压电平和/或待机电流/主动功率耗散。直流测试可验证所有焊线正确连接、检查对待测装置dut16的信号连续性、验证操作特性和/或判断待测装置dut16是否根据标准要求运作。70.图16中的(b)示出了声学测试。声学测试期间，测试信号产生装置114输入测试信号(如输入信号/电压sn16)至待测装置dut16，然后声音传感装置1615可接收/检测由待测装置dut16所产生的测试声音ts16。测试器116可分析一声音传感装置1615的输出，以验证待测装置dut16的声学功能。声学测试可涉及声音强度、声功率、声音质量或声音频谱测量。例如，测试仪器110可测量待测装置dut16的声压级(sound pressure level，spl)或总谐波失真(total harmonic distortion，thd)。声学测试系统16可检查测试声音ts16的声压级是否超过一定阈值，例如55分贝(decibel，db)。声学测试系统16可判断失真是否形成或增加。71.测试仪器110/1510可专用于一最终测试。基本上，一半导体制造过程(其形成晶片)、晶片级直流和声学测试、一单一化/切割过程、封装过程(其封装每个隔开的裸芯片和/或安装每个隔开裸芯片于一外壳中)及一最终测试遵循上述顺序执行。待测装置dut16(其可以是微机电系统)也可由半导体制造过程形成。如污染或金属短路等半导体制造过程中可能发生的缺陷可在晶片级直流和声学测试中检查。晶片级直流和声学测试公开于美国申请号17/009,789(其借由引用并入本文)，并在晶片级执行。如电线短路、焊球脱落(lifted ball)和桥接(bridging)等(半导体制造过程后产生的)缺陷，可在最终测试筛出。最终测试可由测试仪器110/1510对一封装扬声器(即待测装置dut16)执行，且包括声学测试和直流测试。72.综上，本技术使用用于大量生产的常规半导体测试过程，以确保高可靠性和获得高吞吐量。此外，由于本技术旨在对(半导体封装的)扬声器进行(最终)测试，因此麦克风设置在本技术的测试仪器中。此外，为了改善测试的质量，本技术的测试仪器还包括一密封部件，以防止测试期间一扬声器的一后/第二子腔室的空气压力变化干扰扬声器的前/第一子腔室的空气压力变化。73.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。